本發(fā)明屬于寬禁帶半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，尤其涉及一種制備高阻斷電壓功率器件的方法。

背景技術(shù)：

碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，較傳統(tǒng)硅（Si）材料具有更為優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，使得其在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。相比Si材料，SiC具有更寬的禁帶寬度，更高的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，更高的飽和電子漂移速度及更高的熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，使其可以在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域能夠滿足Si材料不具備的高溫、高壓、高頻及抗輻照等應(yīng)用。

反向阻斷電壓是功率器件非常重要的性能指標(biāo)，將直接決定功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域，如200 V以下低壓器件主要應(yīng)用于功率因數(shù)校正（PFC）及功率放大、600 V~1.7 kV中壓器件主要應(yīng)用于光伏逆變器及UPS電源、3.3 kV~6.5 kV高壓器件主要應(yīng)用于智能電網(wǎng)及機(jī)車(chē)牽引。發(fā)展SiC高壓功率器件的過(guò)程中，要完全達(dá)到材料賦予的最佳性能，盡可能獲得最大的反向阻斷電壓，需要降低結(jié)邊緣的電場(chǎng)集中效應(yīng)，合理的結(jié)終端設(shè)計(jì)尤為重要。目前，結(jié)終端技術(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為邊緣延伸型與刻蝕臺(tái)階型，主要包括場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)、金屬場(chǎng)板結(jié)構(gòu)以及結(jié)終端擴(kuò)展（JTE）技術(shù)。通過(guò)以上結(jié)終端技術(shù)，及使用厚外延SiC漂移層，目前已制備了反向阻斷電壓高達(dá)21.7 kV的功率器件。但要進(jìn)一步提升反向阻斷電壓，需不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)終端結(jié)構(gòu)或使用更厚的外延層材料，這是比較困難的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供了一種制備高阻斷電壓碳化硅功率器件的方法，對(duì)常規(guī)制備工藝進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，相比常規(guī)制備工藝，獲得的碳化硅功率器件的阻斷電壓具有顯著的提升。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種制備高阻斷電壓碳化硅功率器件的方法，其特征在于包括以下步驟：

首先，通過(guò)化學(xué)清洗、刻蝕及離子注入的工藝，在碳化硅晶片的外延層上制備正面的臺(tái)階及結(jié)終端結(jié)構(gòu)；

將所述碳化硅晶片在濕氧氣氛中進(jìn)行熱氧氧化形成犧牲氧化層，再在稀氫氟酸中進(jìn)行浸泡去除犧牲氧化層；

在制備的臺(tái)階及結(jié)終端結(jié)構(gòu)上利用原子層沉積法（ALD）生長(zhǎng)Al₂O₃薄膜層，再通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積法（PECVD）生長(zhǎng)Si₃N₄薄膜層；

刻蝕碳化硅晶片背面的Al₂O₃層和Si₃N₄層，沉積金屬制備背面歐姆接觸；

在碳化硅晶片的正面光刻開(kāi)窗，沉積金屬制備正面歐姆接觸；

最后得到碳化硅功率器件。

制備得到的碳化硅功率器件可以是PiN二極管、肖特基二極管（SBD）、結(jié)勢(shì)壘二極管（JBS）、雙極性晶體管（BJT）或門(mén)極關(guān)斷晶閘管（GTO）。

優(yōu)選地，所述濕氧氧化形成犧牲氧化層的溫度為1100 ℃，時(shí)間為30分鐘。

優(yōu)選地，所述原子層沉積法生長(zhǎng)的Al₂O₃薄膜層厚度為5~100 nm。

優(yōu)選地，所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積法生長(zhǎng)的Si₃N₄薄膜層厚度為200~500 nm。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明利用Al₂O₃與碳化硅界面產(chǎn)生的負(fù)電荷來(lái)緩解結(jié)邊緣的電場(chǎng)集中效應(yīng)，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，相比常規(guī)制備工藝，獲得的碳化硅功率器件的阻斷電壓具有顯著的提升。

附圖說(shuō)明

圖1為碳化硅功率器件常規(guī)制備工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的碳化硅功率器件制備工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中碳化硅PiN二極管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖比較為：1-背面歐姆接觸，2-N⁺ Sub，3-N^- Drift層，4-臺(tái)階及結(jié)終端結(jié)構(gòu)，5-Al₂O₃薄膜層，6-Si₃N₄薄膜層，7-P⁺層，8-正面歐姆接觸。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，為碳化硅功率器件常規(guī)制備工藝流程圖；如圖2所示，為本發(fā)明的碳化硅功率器件制備工藝流程圖。

相比常規(guī)制備工藝，本發(fā)明提供的制備工藝僅需在鈍化階段做了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，具體為：常規(guī)制備工藝在去除濕氧氧化形成的犧牲氧化層后，先通過(guò)濕氧氧化形成SiO₂永久鈍化層，再通過(guò)PECVD沉積SiO₂薄膜層和Si₃N₄薄膜層；本發(fā)明提供的制備工藝在去除濕氧氧化形成的犧牲氧化層后，先通過(guò)ALD沉積Al₂O₃薄膜層，再通過(guò)PECVD沉積Si₃N₄薄膜層。

具體地，以碳化硅PiN二極管制備為例，器件橫截面結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括了如下具體結(jié)構(gòu)：1-背面歐姆接觸，2-N⁺ Sub，3-N^- Drift層，4-臺(tái)階及結(jié)終端結(jié)構(gòu)，5-Al₂O₃薄膜層，6-Si₃N₄薄膜層，7-P⁺層，8-正面歐姆接觸。

先對(duì)碳化硅晶片進(jìn)行清洗、刻蝕及離子注入等工藝形成正面的臺(tái)階及結(jié)終端結(jié)構(gòu)4。將上述碳化硅晶片在濕氧氣氛中進(jìn)行氧化，溫度為1100 ℃，時(shí)間為30分鐘，再在體積分?jǐn)?shù)為5%的稀氫氟酸中進(jìn)行浸泡5分鐘，去除犧牲氧化層。利用ALD沉積厚度100 nm的Al₂O₃薄膜層5，再利用PECVD沉積厚度300 nm的Si₃N₄薄膜層6。利用等離子體刻蝕機(jī)刻蝕碳化硅晶片背面的Al₂O₃薄膜層5和Si₃N₄薄膜層6，磁控濺射沉積金屬Ni（厚度為150 nm），并在快速熱退火爐（RTP）中進(jìn)行1000 ℃/2 min退火形成背面歐姆接觸1。正面陽(yáng)極金屬位置光刻開(kāi)窗，依次濺金屬Ni（60 nm）、Ti（30 nm）和Al（80 nm），并在RTP中進(jìn)行800 ℃/2 min退火形成正面歐姆接觸8。